基于RCS方法的数控系统中I/O控制器结构的研究

　　I/O控制器是开放式数控系统的一部分,考虑到整个数控系统结构层次化和模块化的特点,构造了基于RCS设计方法的I/O控制器。文章简述了RCS 方法的主要思想及数控系统中I/O控制器的主要功能和组成,详细阐述一个基于RCS方法的I/O控制器的设计和实现过程。最后总结了基于RCS 设计方法的I/O控制器的优缺点。

0 前言

　　基于PC机丰富的软硬件资源开发具有开放式体系结构的数控系统已经成为当今数控系统研发的潮流。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性和可移植性。数控系统是一个强实时、多任务的复杂控制系统。为了更好的解决它的实时性问题,人们进行了很多的理论研究,RCS(Real - Time Control System) 设计方法就是由美国国家技术与标准委员会(NIST)的智能系统部(ISD)在多年的控制系统研发过程中,形成的一套完整的用于实现复杂的层次及分布式实时控制系统的一套设计方法及软件库,多年来,RCS 方法在国外已经在多个领域得到试验和应用 。

1 RCS设计方法

　　RCS设计方法的基本原理就是将复杂的控制系统分解成一些简单的、独立的、小规模的、易于用传统的控制方法来实现的子系统,而分解之后的这些子系统可以运行于不同的系统环境中,甚至分布在网络的不同节点。然后根据分解的结果,采用由下至上对各层的模块分别进行定义的方法来定义控制系统的层次结构,RCS 将这些子系统按照层次结构组织起来,每一层节点都有各自的任务,组成一个层次结构。最后确定系统中各模块的任务分配和模块间共享的信息,同时定义关于命令和状态信息的词汇,完成控制系统的设计工作。这样大大地减少了实时控制系统的复杂度。

2 I/O控制器在数控系统中的作用

　　2.1 开放式数控系统的软件结构

　　本系统用蓝天NC-200 作为系统的硬件平台,采用RTLinux实时操作系统作为操作平台。整个数控系统由控制单元、CRT单元、机床操作站三个单元组成。

　　CNC 系统是一个专用的实时多任务计算机系统,它通常作为一个独立的过程控制单元用于生产过程中,因此它的系统软件必须完成管理和控制两大任务。系统的管理部分包括输入输出、I/O处理、显示、诊断。系统的控制部分包括译码、刀具补偿、速度处理、差补和位置控制。这样根据CNC系统软件的功能要求和RCS设计方法层次化结构设计的特点,整个数控系统软件就可以设计成一个层次化的结构模型,如图1所示。在这个结构中主要有四个功能模块,分别是为图形用户界面(GUI),任务控制器,运动控制器和I/O控制器。

图1 数控系统软件软件层次结构

　　2. 2 　I/O控制器在数控系统中的作用

　　I/O 控制器是数控系统中执行I/O操作的中心,它主要处理来自任务控制器的针对I/O系统的指令。对于数控系统而言,这些I/O设备主要有刀具,主轴,冷却部件,润滑器以及急停开关等一些辅助操作。这些针对I/O 的操作都是一些开关量控制,所以又称为离散型I/O控制器。I/O控制器根据来自任务控制器的控制指令,按照控制对象进行任务拆分,发送到对应的目的I/O设备中。I/O控制器是数控系统中的重要组成部分,是控制外部设备的中心。